突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，包括地應(yīng)力加載裝置、突出腔體，突出腔體連接有模擬巷道，模擬巷道中設(shè)有多個壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置，壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)的方式得出突出煤粉瓦斯兩相流在不同類型巷道中傳播規(guī)律，從而為防突風(fēng)門的安裝位置、防突風(fēng)門需要達(dá)到的抗沖擊強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【專利說明】突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于煤與瓦斯突出本身具有的特殊性，對現(xiàn)場煤與瓦斯突出過程進(jìn)行全方位實(shí)時跟蹤研究的危險性太大，為了較好的再現(xiàn)突出過程以及突出沖擊波傳播規(guī)律，有必要依靠實(shí)驗(yàn)室模擬手段進(jìn)行煤與瓦斯突出機(jī)制的研究與探索，揭示突出煤粉瓦斯兩相流動力及瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)的礦井風(fēng)流災(zāi)變規(guī)律，從而為突出礦井安全防護(hù)與抗災(zāi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、災(zāi)變通風(fēng)以及突出事故應(yīng)急預(yù)案的制定提供理論依據(jù)，對突出礦井抗災(zāi)救護(hù)及有效防止二次災(zāi)害事故的發(fā)生具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為了通過實(shí)驗(yàn)的手段模擬突出的發(fā)生、發(fā)展過程，國內(nèi)外學(xué)者在試驗(yàn)?zāi)M方面也做了大量研究，鄧全封開展了一維模擬試驗(yàn)研究，定量研究了突出強(qiáng)度與煤體所受的垂直應(yīng)力、瓦斯壓力的關(guān)系；孟祥躍等設(shè)計(jì)了二維突出裝置試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)研究結(jié)果表明，煤體存在開裂和突出兩種破壞形式，破壞面以拉伸強(qiáng)間斷的形式向外不斷傳播，煤體初期的破壞呈軸對稱。蔡成功設(shè)計(jì)了三維突出模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合得到突出強(qiáng)度與三向應(yīng)力、瓦斯壓力、型煤強(qiáng)度的數(shù)學(xué)關(guān)系式，認(rèn)為突出強(qiáng)度受應(yīng)力和煤的力學(xué)性質(zhì)影響最大；丁雁生利用激波管開展了突出試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，隨著瓦斯壓力的變化，煤體會出現(xiàn)低壓開裂和高壓拋出兩種破壞模式；重慶大學(xué)自行研制開發(fā)了三維突出模擬系統(tǒng)，得出了在突出過程中煤體溫度、突出強(qiáng)度、孔洞形態(tài)和突出煤樣粉碎性以及煤粉粒級分布的變化規(guī)律。綜上所述，現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備主要是研究在不同瓦斯壓力、地應(yīng)力作用下，不同型煤的破壞形式，以及瓦斯壓力、地應(yīng)力和型煤強(qiáng)度之間的關(guān)系，對突出過后沖擊氣流傳播規(guī)律研究較少。
[0003]現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備主要是探討在不同瓦斯壓力、地應(yīng)力作用下，不同型煤的破壞形式，以及瓦斯壓力、地應(yīng)力和煤體本身結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，對突出過后沖擊波傳播規(guī)律研究較少，雖然河南理工大學(xué)魏建平等自行開發(fā)了一套煤與瓦斯突出模擬裝置，該套裝置較好地模擬出發(fā)生突出這一復(fù)雜的動力現(xiàn)象，成功地模擬了突出發(fā)生過程中沖擊波在巷道中的傳播過程，但該裝置設(shè)計(jì)相對簡單，不能很好模擬突出過程中瓦斯壓力、地應(yīng)力等影響因素的奉禹合關(guān)系。
[0004]因此，現(xiàn)有的突出模擬裝置均存在一定的局限性，迫切需要研制出一種更加先進(jìn)的大型煤與瓦斯突出試驗(yàn)裝備，該套裝置既能再現(xiàn)突出過程的影響因素，也能夠研究突出后沖擊波的傳播規(guī)律，以更深層次地探索煤與瓦斯突出。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的一種“大型煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺”，主要由煤與瓦斯突出模具、快速釋放機(jī)構(gòu)、承載框架、電流伺服加載裝置、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、主機(jī)支架及附屬裝置組成，該試驗(yàn)臺可以進(jìn)行大尺寸、不同傾角煤層在不同地應(yīng)力和不同瓦斯壓力條件下煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)；同時通過對突出煤樣施加均布荷載和階梯形荷載，還可模擬工作面前方造成突出的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，用于更深層次地探索煤與瓦斯突出機(jī)制。[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)能夠較好的模擬不同地應(yīng)力和不同瓦斯壓力條件下煤與瓦斯突出機(jī)制，但是不能夠?qū)崿F(xiàn)對突出煤粉瓦斯兩相流的動力進(jìn)行測定。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的是提供一種可以通過實(shí)驗(yàn)的方式得出突出煤粉瓦斯兩相流在不同類型巷道中傳播規(guī)律的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置。
[0008]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本實(shí)用新型的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，包括地應(yīng)力加載裝置、突出腔體，所述突出腔體連接有模擬巷道，所述模擬巷道中設(shè)有多個壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置，所述壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
[0010]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，由于包括地應(yīng)力加載裝置、突出腔體，突出腔體連接有模擬巷道，模擬巷道中設(shè)有多個壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置，壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)的方式得出突出煤粉瓦斯兩相流在不同類型巷道中傳播規(guī)律，從而為防突風(fēng)門的安裝位置、防突風(fēng)門需要達(dá)到的抗沖擊強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面將對本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0013]本實(shí)用新型的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0014]包括地應(yīng)力加載裝置、突出腔體，所述突出腔體連接有模擬巷道，所述模擬巷道中設(shè)有多個壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置，所述壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
[0015]所述突出腔體設(shè)有真空表、防震壓力表、抽氣裝置、充氣裝置。
[0016]所述模擬巷道由多節(jié)圓形管道裝配而成，包括主巷道和支巷道，每節(jié)管道的兩端設(shè)有法蘭相鄰兩節(jié)管道的法蘭之間設(shè)有橡膠墊。
[0017]所述地應(yīng)力加載裝置為單向加載裝置或三軸加載裝置。
[0018]本發(fā)明的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬不同地應(yīng)力、瓦斯壓力作用下煤與瓦斯突出機(jī)制，更能夠模擬突出煤粉瓦斯兩相流動力衰減特征。
[0019]具體實(shí)施例:
[0020]如圖1所示，包括地應(yīng)力加載裝置、突出腔體、模擬巷道、壓力傳感器以及高速攝
像裝置。
[0021](I)突出腔體:[0022]設(shè)計(jì)的突出腔體的凈直徑為500mm、高550mm、壁厚12mm、底厚18mm、耐壓強(qiáng)度可達(dá)6MPa。突出腔體安裝有三通接頭、真空表以及防震壓力表，用于測量抽氣時裝置內(nèi)的真空度及充氣時腔體內(nèi)的氣體壓力，突出腔體還設(shè)有充、排氣口，上方有加載裝置。
[0023](2)模擬巷道:
[0024]采用圓形管道作為模擬巷道，巷道截面有20cm、30cm和40cm三種類型，節(jié)長可分為0.5m、1.0mU.5m和2.0m四種類型，管道兩端安裝法蘭，便于對巷道連接及拆卸，法蘭上橡膠墊具有較好的氣密性。根據(jù)試驗(yàn)要求，在模擬巷道的不同位置留有測壓孔。在模擬巷道的不同位置上有壓力、溫度傳感器。整個模擬巷道用厚3.8mm的鋼管焊制而成，能夠承受3MPa以上壓力。模擬巷道固定在地面上，拆裝較為方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0025](3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):
[0026]選用TDEC型海量動態(tài)信號記錄分析儀(由四川拓普測控科技有限公司研制)，該儀器配備有TDEC高性能PCI/ISA數(shù)據(jù)采集卡，專用采集直接存盤接口芯片以及專用的便攜式工業(yè)級電腦。TDEC型海量動態(tài)信號記錄分析儀設(shè)有8個通道，采樣率IOB?500M/S，采樣長度為40G，可以滿足微秒級的采樣要求；該儀器還具有自動采集、存儲、數(shù)據(jù)處理、顯示的功能，同時還將數(shù)據(jù)以word的形式輸出并保存。
[0027](4)壓力傳感器:
[0028]選用CYG系列壓力變送器，由兩部分組成，即傳感器部分和信號處理部分。采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號O?5V或4?20mA輸出，體積小、重量輕、長期穩(wěn)定性好，可以通過螺栓固定在模擬巷道的管壁上，安裝調(diào)試較為方便。該傳感器的主要性能指標(biāo)如下:
[0029](5)聞速攝像裝直:
[0030]高速拍攝相機(jī)，借助高速攝像機(jī)對突出發(fā)生的瞬間進(jìn)行全程錄像，以方便對突出過程進(jìn)行細(xì)微研究。擬使用HG100K型高速攝像機(jī)，由美國RCDIAKEMASD生產(chǎn)；該機(jī)方便安裝在惡劣場合，具有研究快速運(yùn)動特性、快速反應(yīng)特性等優(yōu)點(diǎn)，特別適合煤與瓦斯突出過程的全程錄像。
[0031]試驗(yàn)?zāi)M突出煤粉瓦斯兩相流動力傳播規(guī)律，即在模擬突出的基礎(chǔ)上，增加突出管道，模擬突出煤粉瓦斯兩相流動力傳播特征。在沖擊氣流的傳播過程中，監(jiān)測不同位置沖擊波的超壓隨時間的變化，從而進(jìn)一步得到突出煤粉兩相流在巷道中的傳播規(guī)律。
[0032]試驗(yàn)采用薄膜加壓誘突方式，試驗(yàn)不同薄膜的極限壓力，在充氣過程中充入的氣體壓力稍微低于極限壓力，并保持一段時間。突出時只需要加入極少的氣體，當(dāng)氣體壓力超過薄膜極限壓力時，薄膜就會破裂誘導(dǎo)突出的發(fā)生。突出發(fā)生后，產(chǎn)生的沖擊氣流在巷道內(nèi)傳播，布置在巷道內(nèi)的壓力傳感器采集到模擬信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，這些電信號經(jīng)過放大器輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的調(diào)制、采樣、濾波、放大以及傳送，最后把信號存儲。同時動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對傳輸進(jìn)來的電信號進(jìn)行處理，以波的形式在屏幕上顯示，這樣可在試驗(yàn)中更加直觀地觀察壓力的變化。
[0033]突出煤層中常見的氣體有甲烷(CH4)和二氧化碳(C02)，甲烷氣體的存在更為普遍，但是由于甲烷氣體具有爆炸性，在模擬突出試驗(yàn)腔體中充入甲烷氣體不太安全，因此，試驗(yàn)采用的是煤層對其吸附能力較大的二氧化碳?xì)怏w，這種氣體不具有爆炸性，比較安全，適用于試驗(yàn)研究。
[0034]本發(fā)明技術(shù)方案帶來的有益效果:[0035]實(shí)現(xiàn)了對突出煤粉瓦斯兩相流動力的監(jiān)測。由于煤與瓦斯突出具有瞬時性特點(diǎn)，現(xiàn)場很難采集突出煤粉瓦斯兩相流的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)的方式可以得出突出煤粉瓦斯兩相流在不同類型巷道中傳播規(guī)律，從而為防突風(fēng)門的安裝位置、防突風(fēng)門需要達(dá)到的抗沖擊強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
[0036]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括地應(yīng)力加載裝置、突出腔體，所述突出腔體連接有模擬巷道，所述模擬巷道中設(shè)有多個壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置，所述壓力傳感器和溫度傳感器及高速攝影裝置分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述突出腔體設(shè)有真空表、防震壓力表、抽氣裝置、充氣裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述模擬巷道由多節(jié)不同截面、不同長度的圓形管道裝配而成，包括主巷道和支巷道，每節(jié)管道的兩端設(shè)有法蘭，相鄰兩節(jié)管道的法蘭之間設(shè)有橡膠墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的突出煤粉瓦斯兩相流動力測定實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述地應(yīng)力加載裝置為單向加載裝置或三軸加載裝置。
【文檔編號】G01N33/22GK203630127SQ201320879190
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】周愛桃, 王凱, 李鵬, 臧杰, 鄭吉玉, 吳則琪, 宇星 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)